日本能否派出機器人修復受損的核反應堆？

1、日本能否派出機器人修復受損的核反應堆？IEEE 時間:2011年06月13日 字 體: 大 中 小關鍵詞: 許多人都提出了這個疑問，目前有許多質疑和混淆。有一篇報道甚至指責日本缺少應對核能危機的機器人。 如果在這次日本的事件中，機器人確實能夠有所幫助的話，很多人會大聲疾呼：“趕快派出機器人！”但事情沒有這么簡單。為了了解機器人在福島能做什么、不能做什么，我們采訪了多名專家，聽聽他們是怎么說的。日本能不能派機器人進入反應堆來修復反應堆？ 這是一項很困難的任務。為了了解其中的原因，我們先概括地看一下福島核電站的危急情況。其中一個最大的問題，是反應堆和燃料池已經沒有、而且可能持續(xù)沒有冷卻水。更糟糕的

2、是，地震和海嘯以及隨后發(fā)生的火災和爆炸，可能會損壞反應堆艙、燃料池、冷卻和控制系統及存放這些物質的大樓。 因此，如果要派出機器人，那么第一個挑戰(zhàn)是進入大樓。日本東北大學機器人教授及IEEE會員Satoshi Tadokoro在仙臺表示：“移動的問題不僅包括崎嶇不平的地形，還包括縫隙和障礙物。路上可能有許多人類可以越過的障礙，但大多數機器人卻不能越過這些障礙?！?維吉尼亞科技公司機器人專家Dennis Hong表示，研究人員一直在研制越過復雜地形的新方式，使用輪子、腿、履帶、輪腿混合及其它方法，但“類似于這些反應堆的環(huán)境，里面有著混亂的鋼條和坍塌的主體，挑戰(zhàn)性非常非常大?！?為什么不使用為復雜地

3、形設計的機器人？比如搜救機器人以及伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中使用的拆彈機器人？ 據美國亞特蘭大的佐治亞科技公司機器人專家Henrik Christensen介紹，有許多機器人能夠應付復雜的地形、陡峭的斜坡、甚至是臺階。事實上，正如我們此前報導，日本可能會在搜救和重建中使用這些機器人。但是這一過程存在著無數個其它障礙，比如關上的門，大多數移動機器人很難克服這些障礙。 此外，他說，機器人必須由操作人員遠程遙控，通信是另一個挑戰(zhàn)。依賴無線傳輸是一個問題，因為反應堆四周有厚厚的混凝土墻及大量的金屬。一種替代方案是使用繩索，但問題是會影響范圍和移動性。Christensen教授表示：“即使是使用光纖繩索，

4、也很難達到2公里以上的范圍，因此必須在附近部署人員來操作工具?！?如果反應堆內部的道路或多或少對機器人是通暢的，那么是否還有其它挑戰(zhàn)？ 最大的挑戰(zhàn)是輻射，輻射可能會損壞微型芯片和傳感器，另外會破壞半導體中的數據（比特）。所以，如果想機器人持續(xù)足夠長的時間來完成復雜的使命，那么它不僅需要抗輻射的電子器件，還需要重型防護屏障。 美國德克薩斯農工大學機器人輔助搜救中心（CRASAR）主任Robin Murphy博士解釋說，最終可能是，如果想建造一個能夠克服所有上述挑戰(zhàn)的機器人（移動性、通信、輻射），那么最后這個機器要非常大，非常慢。 他解釋：“從某些意義上說，你需要一個恐龍式的機器人：體積大，健壯，

5、速度慢，笨（因為處理器少）即使如此，也還是有時間上的要求，輻射到了足夠的程度，就會產生破壞。你不知道在機器人被破壞之前能有多長的工作時間?！?最后，即使機器人能夠承受輻射，到達準確地點，它們必須能夠執(zhí)行復雜的任務，如打開和關閉閥門，激活水泵，或處理水龍帶傳送冷卻水。 問題是還沒有一種商用機器人或科研機器人是為執(zhí)行這類任務而設計的。任何涉及機器人的工作都要求很高的臨場應變處理能力，而這是一次核危機，這是在日本，當局的行動可能會非常保守。 為什么不使用敏捷的人形機器人，它們可以在廢墟上行走，操作重型機械，可以耐受大火和輻射，比如終結者式的機器人? 但福島肯定能使用機器人做一些事情吧？ 機器人可以做

6、許多事，實際上是正在做?？赡苣壳白钪匾墓ぷ魇潜O(jiān)測輻射。輻射損害等級使得緊急救援人員不能進入大樓，因此我們需要機器人作為我們在大樓內部及大樓周圍的眼睛。當局只有測量出損壞情況，才能制訂有效計劃，控制整個局面。 Tadokoro教授指出，現場至少已經有一臺機器人，配備了攝像機和傳感器，測量伽馬輻射和中子輻射（參見上圖）。（當然，日本當局正在地面上使用非機器人方法測量輻射，在福島及其它地方則動用了飛機和直升機。） 坦克式機器人是日本原子能研究學會在1999年東海燃料處理設施發(fā)生核事故后研制的，它高1.5米，重500公斤。這款機器人每分鐘移動大約40米，可以在距控制器1.1公里的距離內操作。研究人員

7、是為多種使命設計的這款機器人，包括開門、轉動閥門、在管道上鉆孔。這些功能可以用于福島反射堆內部，但取決于機器人能否在變幻莫測的空間內導航。 Tadokoro接著說，如果必需從外面向反應堆噴射更多的水，如果使用有人駕駛的卡車，對車上人員的人身的危害太大。日本已經開發(fā)了多款消防機器人，可以向大樓上噴水。唯一的問題是這些機器人不是為抗輻射設計的，因此必須配備防護設施。他說，福島目前是否有消防機器人還不明確。 日本已經請求國際社會派出更多的機器人。日本當局顯然計劃使用機器人，獲得反應堆附近區(qū)域的圖像，清除瓦礫及進行其它清理操作。iRobot已經應日本請求派出PackBots和Warriors地面機器人

8、。法國顯然也提供了機器人。 能不能使用飛行機器人來檢測大樓內部情況？ 佐治亞科技公司的Christensen和維吉尼亞科技公司的Hong都建議使用無人駕駛機或UAV生成圖像。Christensen表示：“我非常驚訝的是，他們沒有使用這種方案，提供更好的現場實時圖像?？梢允褂脽o人駕駛機，生成近距離信息，而不是讓人去冒險?！?據報導，美國軍方已經派出一駕全球鷹無人駕駛機，從上方監(jiān)視反應堆，據稱還派出了多架無人直升機。但日本當局可能對自己的選擇趨于保守，他們首選不使用無人駕駛機，因為無人駕駛機可能會墜毀，而使形勢進一步惡化。 機器人修復了墨西哥灣的BP石油泄漏事故。為什么日本不能這樣做？核工業(yè)可以使

9、用機器人嗎？ 核工業(yè)事實上也在使用機器人，核電站越新，自動化程度就越高，但你不會看到機器人在做雜活兒。機器人一般用于回收站，回收使用過的燃料。機器人并不是真正自動化的機器，它們是遙控的機械臂，處理高度放射性物質。 DLR是位于韋斯林的德國航空中心，其下屬的機器人和機電一體化學會會長Gerd Hirzinger博士指出，在20世紀60年代，德國做了大量的工作，為核電行業(yè)研制遙控操縱器，但中央德國回收站的計劃在1989年突然被中止（政府決定在法國電站進行回收），機器人開發(fā)停止，機器人專家把重點轉移到別的領域。他表示：“但我同意，我們應該為所有核電站開發(fā)成熟的、高度可靠的遙控技術?！?在深水石油開采

10、中，組裝豎井管道、井樓和其它設備的工具都是為遠程遙控車或水下機器人的機械手設計的，而不是為人手設計的。換句話說，這些水下機器人是為操作人員遠程呈現系統設計的。這種方法從來沒有成為核能行業(yè)的一部分，盡管有些人認為他們本該用在核能行業(yè)中。開創(chuàng)者Marvin Minsky在30多年前就提出過把這種技術用在核能行業(yè)的要求。三英里島實際上需要遠程呈現技術。我對核能行業(yè)不能處理意外事件感到非常震驚。大家都看到當前技術在處理損失及修復反應堆時靈活性非常差。 當前的大問題是核電站并不是為遠程呈現設計的。為什么呢？因為其技術還太過于原始。此外，核電站不是為了在可用時適應先進的遠程呈現系統安裝而設計的。這是一個惡

11、性循環(huán)。 但人類一直在其它核能危機中使用機器人，對嗎？ 是的。Carnegie Mellon機器人專家William Red Whittaker研制出地面機器人，在美國的三里島及烏克蘭的切爾諾貝利應對核能危機。機器人主要是通過捕獲現場圖像及監(jiān)測輻射來提供幫助，除此之外，機器人并沒有做更多的工作。 為什么日本不得不請求外國企業(yè)，比如美國的iRobot公司派出機器人，而不是使用自己的機器人呢？ 因為根據二戰(zhàn)后規(guī)定，日本機器人制造商不能出口軍用機器人。正因如此，日本機器人不象美國機器人那樣在實際環(huán)境中經過全面測試，比如iRobot公司的PackBot和Foster-Miller公司的Talon，這兩款機器人都在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中得到應用。 此外，日本的無線法規(guī)非常嚴格，限制了傳輸功率輸出，即使在緊急情況下也是如此，而